Стабилизация тока покоя в транзисторных каскадах

Транзисторный каскад сохраняет работоспособность и имеет расчетные свойства лишь в том случае, если ток покоя в выходной цепи не выходит за определенные пределы при изменении температуры, старении транзисторов, их замене и т.д. Допускаемое отклонение тока покоя ±10% в мощных каскадах и ±20% в маломощных. Для стабилизации тока покоя выходной цепи существуют несколько схем:

•  коллекторная,
• эмиттерная 
• комбинированная.

В схеме коллекторной стабилизации  стабилизация положения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной связью по напряжению, снимаемой с коллектора.Коллекторная стабилизация проста и экономична, но удовлетворительно действует лишь при большом падении питающего напряжения на коллекторной нагрузке .Более высокую стабильность точки покоя дает схема эмиттерной стабилизации . Стабилизация осуществляется отрицательной обратной связью по току, снимаемой с резистора, а отрицательное смещение на базу подается с делителя. 

Схема коллекторной стабилизации проста и экономична, однако она снижает усиление транзистора по переменному току, так как напряжение выходного сигнала через сопротивление гг передается в противофазе во входную цепь. В результате сигнал на входе ослабляется. Однако схема коллекторной стабилизации обеспечивает меньшую стабильность тока покоя коллектора по сравнению со схемой эмиттерной стабилизации. В усилителях на дискретных элементах коллекторная стабилизация тока покоя коллектора используется сравнительно редко, но в каскадах, выполненных по интегральной технологии, подобные схемы встречаются часто.
Эмиттерная стабилизация  схема эмиттерной стабилизации в каскадах с различным включением транзистора не изменяется. Меняются только точки подачи входного сигнала и подключения нагрузки. Поэтому работу схемы эмиттерной стабилизации можно рассмотреть без учета схемы включения транзистора по переменному току.Обобщенная схема эмиттерной стабилизации (схема включения по постоянному току) приведена на рисунке

Рассмотрим как работает эта схема. В схеме эмиттерной стабилизации ток через резисторы R1 и R2 задается в несколько раз больше тока базы транзистора. В результате напряжение на базе транзистора не зависит от его тока базы. Пусть за счет увеличения температуры или напряжения питания увеличится коллекторный ток транзистора. Тогда по закону Ома увеличится падение напряжения на резисторе R3. Напряжение на эмиттере транзистора увеличилось. Но напряжение на базе транзистора равно сумме напряжения на эмиттере и напряжения база-эмиттер транзистора: Uб = Uэ + Uбэ А значит напряжение база-эмиттер транзистора равно: Uбэ = Uб – Uэ Если напряжение на эмиттере увеличивается, то напряжение Uбэ уменьшается, а это приводит к уменьшению базового тока. Но ток коллектора связан с током базы известным соотношением: iк = iб*h21э Следовательно ток коллектора тоже уменьшается до первоначального значения! Точно такой же результат мы получим, если за счет температуры или других дестабилизирующих факторов ток коллектора попытается уменьшиться. Теперь рассмотрим как можно рассчитать значение элементов схемы эмиттерной стабилизации. Напряжение на эмиттере транзистора обычно выбирают равным половине питания схемы. Для кремниевых транзисторов напряжение база-эмиттер равно 0,7 В. Напряжение на базе транзистора по закону Киргофа равно сумме напряжения на эмиттере и напряжения база-эмиттер транзистора. Поэтому напряжение на базе транзистора должно быть равно: Uб = Uп/2 + Uбэ = 3,3 В/2 + 0,7 В = 2,4 В Рассчитанное напряжение на базе транзистора может быть получено при помощи сопротивлений R1 и R2. Для того, чтобы транзистор не влиял на это напряжение ток через эти резисторы выбирается в десять раз больше тока базы транзистора. Ток базы можно определить, задавшись рабочим током коллектора транзистора. Обычно задаются значением тока 5 мА. (Если требуется работа в режиме микропотребления, то можно выбрать меньший ток, например, в районе 100 мкА, но при этом резко упадет коэффициент усиления транзистора по току.) Тогда ток базы будет равен: iб = iк/h21э = 5 мА/20 = 250 мкА И тогда ток делителя через резисторы R1 и R2 определяется следующим образом: iд = iб*10 = 250 мкА * 10 = 2,5 мА Зная ток и напряжение на базе транзистора, по закону Ома можно определить сопротивление R2: R2 = Uб/iд = 2,4 В/2,5 мА = 960 Ом Точно так же зная ток и напряжение питания схемы, по закону Ома можно определить суммарное сопротивление R1 + R2: R1 + R2 = Uп/iд = 3,3 В/2,5 мА = 1,32 кОм Отсюда: R1 = (R1 + R2) – R2 = 1,32 кОм – 960 Ом = 360 ток покоя оконечных транзисторов vt1 и vt2  возможны искажения "ступенька", нормальный ток покоя, великоват ток покоя - лишний нагрев, если это не попытка создать класс "а"